Солнечная радиация — это солнечная энергия, поступающая на один квадратный метр за определенный период, измеряемая в кВт·ч/м². Годовая суммарная радиация на горизонтальную поверхность составляет примерно 950–1 200 кВт·ч/м² в Германии и Великобритании, около 1 500 кВт·ч/м² в Турции и 1 700–1 900 кВт·ч/м² на юге Испании. Это исходная величина ресурса, с которой начинается любой расчет солнечной выработки и окупаемости.
Чем отличаются облученность и количество солнечной радиации?
Облученность — это мощность, а количество радиации — это энергия. Облученность (Вт/м²) описывает, насколько интенсивно светит солнце в данный момент: до примерно 1 000 Вт/м² при ясном небе в полдень, что также является эталонным значением при испытаниях коллекторов. Количество солнечной радиации (кВт·ч/м²) — это интеграл этой мощности по времени: за час, сутки или год. Соотношение между ними точно такое же, как между спидометром и одометром автомобиля. Специалисты по солнечной энергетике также выражают суточную радиацию в «пиковых солнечных часах»: 4,2 кВт·ч/м² в сутки соответствуют 4,2 часа эталонной облученности 1 000 Вт/м².
Сколько солнечной энергии получает ваш регион?
Годовая суммарная радиация на горизонтальную поверхность (GHI) различается по Европе и соседним регионам примерно вдвое.
| Регион | Годовая GHI (кВт·ч/м²) |
|---|---|
| Великобритания, север Германии | 950 – 1 100 |
| Германия, среднее по стране (DWD, период 1991–2020 гг.) | ≈ 1 100 |
| Турция, среднее по стране (атлас SEPA) | ≈ 1 530 |
| Центральная Испания | 1 700 – 1 800 |
| Южная Испания, Андалусия | 1 800 – 1 900 |
Даже нижняя граница этой таблицы позволяет эффективно использовать солнечный нагрев воды: Германия при примерно 1 100 кВт·ч/м² располагает крупнейшим в Европе парком установленных солнечных тепловых систем. Плато Турции вокруг Коньи, где Solimpeks производит коллекторы с 2001 года, находятся заметно выше среднего по стране уровня, и это одна из причин, почему термосифонные водонагреватели там встречаются повсеместно.
Суммарная, прямая и рассеянная радиация: какую использует коллектор?
Суммарная радиация — это сумма прямой радиации и рассеянной (диффузной) радиации, рассеянной облаками и атмосферой, причем остекленные коллекторы используют обе составляющие. Это важно для северного климата: в Германии примерно половина годовой солнечной энергии поступает в виде рассеянной радиации, поэтому плоский коллектор продолжает вырабатывать энергию и при сплошной облачности, хотя и с меньшей мощностью. Только концентрирующие коллекторы, которым необходимо фокусировать прямое излучение, зависят от прямого солнечного света. Поэтому солнечный нагрев воды остается продуктивным в климате, который интуиция «списывает со счетов», — физика здесь работает на кВт·ч/м², а не на открыточной погоде.
Как наклон и ориентация меняют показатели?
Наклон поверхности в сторону солнца увеличивает годовой приход энергии по сравнению с горизонтальным значением — обычно на 10–15 % при оптимальном наклоне в Центральной Европе. Годовой оптимум находится там около 30–35° при ориентации на юг; более крутой наклон благоприятствует зимней выработке, более пологий — летней. К ориентации система нетребовательна: отклонение до 45° от точного юга снижает годовую выработку всего на несколько процентов. Поэтому проектировщики приводят радиацию в плоскости коллектора, а не горизонтальное значение, и выбирают наклон под профиль нагрузки: крутой — для поддержки отопительного сезона, умеренный — для круглогодичного ГВС.
Как перейти от солнечной радиации к ожидаемой выработке коллектора?
Умножьте радиацию в плоскости коллектора на средний КПД преобразования системы. Крыша в Центральной Европе, получающая 1 100 кВт·ч/м² и питающая грамотно спроектированную систему ГВС, которая преобразует 35–45 % этой энергии, дает примерно 350–500 кВт·ч на квадратный метр коллектора в год; та же система при 1 800 кВт·ч/м² на юге Испании дает пропорционально больше. Мгновенная физика, стоящая за этим средним значением, описана в кривой КПД коллектора, а доля потребности, которую покрывает результат, — это доля солнечного замещения. Бесплатные авторитетные источники данных избавляют от догадок: европейская система PVGIS дает среднемесячную и годовую радиацию для любой точки, Global Solar Atlas Всемирного банка охватывает весь мир, а в паспортах Solar Keymark указана расчетная годовая выработка каждого коллектора для определенных эталонных климатических условий.
Часто задаваемые вопросы
Что такое пиковые солнечные часы?
Суточная радиация, выраженная в часах полной эталонной облученности 1 000 Вт/м². Если участок получает 4,5 кВт·ч/м² в сутки, то у него 4,5 пикового солнечного часа. Эта величина позволяет быстро оценить выработку: умножьте на площадь коллектора и на КПД.
Где найти надежные данные о солнечной радиации для моего адреса?
PVGIS — бесплатный инструмент Европейской комиссии — выдает среднемесячную и годовую радиацию для любых координат, включая оптимальные углы наклона. Global Solar Atlas предлагает карты всего мира, а национальные метеослужбы, например немецкая DWD, публикуют многолетние средние значения.
Имеет ли смысл солнечный нагрев воды при радиации ниже 1 200 кВт·ч/м² в год?
Да — Германия и Австрия создали крупнейшие в Европе рынки солнечных тепловых систем именно при таких уровнях. Срок окупаемости получается длиннее, чем в средиземноморских регионах, но доли солнечного замещения 50–65 % для горячей воды — обычное дело, а программы субсидирования в этих странах дополнительно улучшают экономику.
Выше ли радиация на коллекторе, чем на земле?
Наклонный коллектор с южной ориентацией перехватывает в Центральной Европе обычно на 10–15 % больше годовой энергии, чем горизонтальная поверхность, поскольку он обращен к средней траектории солнца под более прямым углом. Программы расчета выработки всегда пересчитывают горизонтальные данные на плоскость коллектора.